Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.6
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pp.575-581
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2015
The drill bit, which directly transmits percussive forces and torque to the rock, is the core part of a rock drilling machine. For effective drilling, the button arrangement of a drill bit should be optimized because it is the most important design factor in determining drilling efficiency. Furthermore, a quantitative method is necessary to evaluate the button arrangement for the optimization of the drill bit button. Therefore, we propose a new method for the evaluation of the drill bit button arrangement using new evaluation indices, which include the overlapped impact area, blank area, and moment. Moreover, we verify the suitability of the proposed evaluation method by applying it to the conventional button arrangement.
Stress analysis of bottom-hole rock has to be considered with much care to further understand rock fragmentation mechanism and high penetration rate. This original study establishes a fully coupled simulation model and explores the effects of overburden pressure, horizontal in-situ stresses, drilling mud pressure, pore pressure and temperature on the stress distribution in bottom-hole rock. The research finds that in air drilling, as the well depth increases, the more easily the bottom-hole rock is to be broken. Moreover, the mud pressure has a great effect on the bottom-hole rock. The bigger the mud pressure is, the more difficult to break the bottom-hole rock is. Furthermore, the maximum principal stress of the bottom-hole increases as the mud pressure, well depth and temperature difference increase. The bottom-hole rock can be divided into three main regions according to the stress state, namely a) three directions tensile area, b) two directions compression areas and c) three directions compression area, which are classified as a) easy, b) normal and c) hard, respectively, for the corresponding fragmentation degree of difficulty. The main contribution of this paper is that it presents for the first time a thorough study of the effect of related factors, including stress distribution and temperature, on the bottom-hole rock fracture rather than the well wall, using a thermo-poroelastoplasticity model.
Kim, Ki-Seog;Kim, Jong-Hoon;Jeong, Lae-Chul;Lee, In-Mo;Cho, Gye-Chun
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.17
no.3
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pp.393-401
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2015
In the construction of a TBM tunnel, it is very important to acquire accurate information of the excavated rock mass for an efficient and safe work. In this study, we developed the prediction system of TBM tunnel face ahead using probe drilling equipment and drilled hole imaging equipment to predict rock mass conditions of the tunnel face ahead. The prediction system consists of the probe drilling equipment, drilled hole imaging equipment and analysis software. The probe drilling equipment has been developed to be applicable to both non-coring and coring. Also the probe drilling equipment can obtain the drilling parameters such as feed pressure, torque pressure, rotation speed, drilling speed and so on. The drilling index is converted to the drilling index RMR through the correlation between a drilling index and core RMR. The developed system verification was carried out through a slope and tunnel field application. From the field application result, the non-coring is four times faster than a coring and the drilling index RMR and core RMR are similar in the distribution range. This system is expected to predict the rock mass conditions of the TBM tunnel face ahead very quickly and efficiently.
The Caustious blasting have often increased Complaints of ground Vibration and Sound when the Wire-Tunnel Constructed in Pusan. In order to prevent the influence to housing structure, it was necessary to predict blasting-Induced Vibration and Sound. The Suveyer determined the Burden and spacing of Drill holes, minimum delay charges within a allowable Vibration and Sound Level. Tunnel drilling and Ignition patterns are made as follows; No. 1 Tunel (Stable rock, hard rock) No.2 Tunnel (Instable plastic rock; wethered rock) and other Tunnels (Instable rock). The result of 1st testing blasting of No. 1 Tunnel was recorded Under allowable Vibration Level but sound was over 75 Db of allowable value. So Tunnel drilling pattern was amended with 52 Non-charg holes to reduce the blast-sound. The other pattern had no need to amend.
Field investigations of the orientations of discontinuity planes inside the borehole for designing the underground rock structures have been depend solely on the borehole image-taking techniques. But, borehole image-taking has to be processed after the completion of drilling operation and also requires the handling of highly expensive apparatus so that practical application is very restricted. In this study Discontinuity Orientation Measurement (DOM) drilling system and discontinuity analysis model RoSA-DOM are developed to acquire the reliable information of rock structure by analyzing the characteristics of joint distribution. DOM drilling system retrieves the rock core on which the reference line of pre-fixed drilling orientation is engraved. Coordinates of three arbitrary points on the joint surface relative to the position of reference line are assessed to determine the orientation of joint plane. The position of joint plane is also allocated by calculating the location of core axis at which joint plane is intersected. Then, the formation of joint set is analyzed by utilizing the clustering algorithm. Total and set spacings are calculated by considering the borehole axis as the scanline. Engineering applicability of in-situ rock mass around the borehole is also estimated by calculating the total and regional RQDs along the borehole axis.
The specially-shaped Polycrystalline Diamond Compact (PDC) cutter is widely used in drill bit design due to its advantages of high rock cutting efficiency, strong impact resistance and long service life in hard and abrasive formation drilling. A detailed understanding of rock cutting behavior of worn specially-shaped PDC cutter is essential to improve the drilling efficiency and decrease the drilling costs. In this paper, the theoretical models of two new principles (loading performance (LP) and cutting performance (CP)) are derived for evaluating the cutting process of worn specially-shaped cutter, the theoretical models consider the factors, such as cutter geometry, aggressiveness, stress state, working life, and rock cutting efficiency. Besides, the numerical model of heterogeneous granite is developed using finite element method combined with Voronoi tessellation, the LP and CP of 12 kinds of worn specially-shaped PDC (SPDC) cutters are analyzed. The results found that the mechanical specific energy (MSE) of worn cutters first increase and then decrease with increasing the cutting depth, and the MSE increase with the increase of back rake angle except for Conical cutter and Wedge-shaped cutter. From the perspective of CP, the worn PDC cutters are more suitable for the smaller cutting depths, and the back rake angle has little effect on the CP of the specially-shaped worn PDC cutters. Conical cutter, Saddle-shaped cutter and Ellipse-shaped cutter have the highest CP value, while Rhombus-shaped cutter, Convex cutter and Wedge-shaped cutter have the lowest value in selecting cutters. This research leads to an enhanced understanding of rock-breaking mechanisms of worn SPDC cutters, and provides the basis to select of specially-shaped PDC cutters for the specific target formation.
Won-Seok Cha;Eun-Young Kim;Sung-Won Choi;Mi-Yeon Kim
Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene
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v.33
no.3
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pp.284-290
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2023
Objectives: Work environment assessments were conducted to investigate epidemiologically several cases of lung cancer and COPD (chronic obstructive pulmonary disease) among workers in domestic quarries. Methods: We visited three quarries in South Korea where an epidemiological investigation was requested and measured total dust, respirable dust, and crystalline silica on rock drilling workers (4 people) and rock chipping workers (13 people). Measurement and analysis were conducted according to NIOSH (National Institute for Occupational Safety & Health) method 0500, NIOSH method 0600 for respirable dust, and NIOSH method 7500 for crystalline silica. Results: Among rock drilling workers the AMs (arithmetic mean) of total dust concentrations, respirable dust concentrations, and crystalline silica concentrations were 3.462 mg/m3 (range: 0.764~6.085 mg/m3), 0.613 mg/m3 (range: 0.153~1.251 mg/m3), and 0.105 mg/m3 (range: 0.012~0.228 mg/m3), respectively. Among rock chipping workers, the AMs of total dust concentrations, respirable dust concentrations, and crystalline silica concentrations were 2.446 mg/m3 (range: 0.156~8.494 mg/m3), 0.488 mg/m3 (range: 0.028~1.536 mg/m3), and 0.099 mg/m3 (range: 0.004~0.274 mg/m3), respectively. Conclusions: Although it cannot be said that the dust concentrations were high for both rock drilling workers and rock chipping workers, the concentrations of crystalline silica were found to be high. If such work is performed for a long period of time, diseases such as lung cancer and COPD may occur, so the work environment needs to be improved.
A granite drilling core (-1200 m) obtained near the Majang cave in east part of the Cheju island. The rock is pinksh in color and has miarolitic cavities. It is coarse-grained rock and consists of quartz, plagioclase, alkali feldspar, biotite and magnetite. The rock shows characteristically micrographic texture. The alkali feldspar is subhedral to anhedral and generally interstitial grains and fonns micrographic texture. K/Ar age of alkali feldspar in the core specimen is $58.14{\pm}1.4Ma $ (early Tertiary). The age, rock features and whole rock chemistry of the rock has strong resemblance to micrographic granites, so called "masanite", in southeastern part of the Korean peninsular. The granitic fragments from drilling core (- 920 m) obtained in Jungmun area in south part of the Cheju island consist of quartz, plagioclase, alkali feldspar and biotite. The fragments in the Jungmun area are similar to granitic xenolith near the Cheju city for the absence of micrographic texture and different alkali feldspar.
Measurement of the unconfined compressive strength (UCS) of the rock is critical to assess the quality of the rock mass ahead of a tunnel face. In this study, extensive field studies have been conducted along 3,885 m of the new Nagasaki tunnel in Japan. To predict UCS, a hybrid model of artificial neural network (ANN) based on genetic algorithm (GA) optimization was developed. A total of 1350 datasets, including six parameters of the Measurement-While- Drilling data and the UCS were considered as input and output parameters respectively. The multiple linear regression (MLR) and the ANN were employed to develop contrast models. The results reveal that the developed GA-ANN hybrid model can predict UCS with higher performance than the ANN and MLR models. This study is of great significance for accurately and effectively evaluating the quality of rock masses in tunnel engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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